一种基于曲率信息的太空帆板空间曲面拟合算法分析

大型空间柔性结构如太阳能帆板,在轨运行期间必须保证很高的运行精度,因此对结构的振动水平和控制要求及其严格。如能实现其振动响应形态的实时感知与重构,将对其振动响应的主动控制具有重要意义。以太阳能帆板为实验结构模型,通过分布植入光纤光栅传感阵列,利用空分复用和波分复用技术精确检测多点的曲率信息,以柔性帆板结构的振动形态感知和可视化为目标,深入探讨了基于曲率信息的插值方法和曲面的拟合算法,并利用计算机软件技术和计算机图像处理技术对算法进行了仿真,实现了空间曲面的拟合和可视化显示。仿真结果表明,所采取的插值方法及拟合算法比较精确地反映了帆板结构的振动形态,为进一步的振动主动控制研究打下了良好的基础。     

马尾松的形态结构分析与三维可视化

通过对漳平五一国有林场马尾松实验林的实地调查和测量,分析其形态结构特征和生长规律,提取树木的形态结构特征几何参数和生长规则;借鉴和融合了多面体和参数化过程建模方法,以VC 为开发工具,OpenGL为图形平台,实现了基于马尾松形态结构特征的交互式参数化建模工具;模拟了马尾松不同生长发育时期的植株地上部分三维形态结构;根据样地树木的分布规律,把树木模型“种植”到数字地形模型(DEM)上,构建了虚拟样地的三维场景,逼真再现了样地马尾松的景观。     

基于自适应超螺旋观测器的空间机械臂鲁棒故障诊断

针对空间机械臂系统执行器鲁棒故障诊断问题,提出一种基于改进的自适应超螺旋观测器故障诊断方法。为抑制复杂空间环境引起的外部干扰对故障诊断结果的影响,在经典超螺旋观测器的基础上引入观测器参数自适应调整算法,同时解决观测器参数过估计问题与噪声扩展问题。此外,引入小于1的分数幂和线性比例项来提高观测器的平滑性和快速性,进一步改善故障诊断效果。基于Moreno-Lyapunov函数算法分析了观测器的有限时间稳定性,证明了观测器的估计误差可以在有限时间内收敛至包含原点的邻域内,提出残差生成方法并设计了基于自适应阈值的故障诊断策略。最后,结合小行星采样空间三连杆机械臂算例,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

漂浮基空间机械臂基于速度滤波器的鲁棒控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控情况下,自由漂浮空间机械臂基于速度滤波器的姿态、关节协调运动鲁棒跟踪控制问题。系统动力学分析的结果表明,结合系统总质心定义得到的系统动力学方程为系统惯性参数的线性函数,而由动力学方程得到的控制方程系数也可以表示为一组适当选择的惯性参数的线性函数。以此为基础,针对末端抓取载荷未知及仅有精确姿态、关节位置反馈的情况下,利用速度滤波器生成关节空间的伪速度,设计了基于伪速度的关节轨迹鲁棒跟踪控制方案。该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈漂浮基的位置、移动速度、移动加速度和载体姿态及各关节铰的转动速度、转动加速度。系统的数值仿真,证实了方法的有效性。     

基于增强现实的空间信息三维可视化及空间分析

提出了增强地理环境的概念和虚拟三维数据模型的框架,进行了基于增强现实的三维可视化及空间分析的研究,阐述了基于增强现实的空间分析的特点和空间分析模型,最后以三维管线为例进行了实证研究,探讨了增强现实技术在三维管线可视化中的应用.     

柔性空间机械臂的模糊控制及抑振最优控制

讨论了载体位置不受控、姿态受控的情况下,漂浮基柔性空间机械臂系统的轨迹跟踪和振动抑制问题。对系统进行输入输出反馈线性化,并采用奇异摄动理论,得到了慢变子系统和快变子系统。然后,设计了两种时间尺度的模糊逻辑控制器,以控制柔性空间机械臂的载体姿态和机械臂关节铰协调地来完成各自在关节空间的期望运动。慢变子系统用模糊控制来进行轨迹跟踪,而快变子系统用最优线性二次型控制来主动抑制柔性杆的振动。系统仿真结果说明了控制器的可靠性和有效性。     

可重构机械臂鲁棒模糊神经补偿控制仿真研究

基于精确模型计算力矩控制,考虑了可重构机械臂的动力学系统中存在的大量不确定性,提出了鲁棒模糊神经智能控制算法辨识补偿结构和非结构不确定性,给出了模糊神经网络的权值、隶属度函数参数以及综合误差的分立量估计Lyapunov稳定性在线调节律。通过Lyapunov稳定性理论证明了提出的RNF补偿算法的最终一致有界性,以RR(Revolute-revolute)和RRP(Revolute-revolute-prismatic)两种构形的可重构机械臂为例,通过仿真研究了算法对轨迹跟踪的有效性。     

基于动态面的机械臂轨迹跟踪神经网络自适应算法

针对由直流电机驱动的多自由度机械臂轨迹跟踪系统,提出一种基于动态面反演的RBF神经网络自适应算法,该算法利用动态面反省控制技术,一方面解决系统的非匹配不确定性问题,另一方面有效地解决系统的“计算膨胀”问题,并通过RBF神经网络对系统中的外界扰动进行逼近,实现神经网络自逆应反凉控制,最后通过Lyapunov稳定性理论证明所得闭环系统的半全局一致最终有界。仿真结果证实该算法的有效性。     

柔性关节空间机械臂建模、控制与仿真

关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学中起着重要的作用.精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础.以某空间机械臂原理样机为研究对象,建立了考虑关节柔性和摩擦特性的动力学模型.分别利用扭转刚度测试平台和驱动组件性能测试仪,测得了关节的刚度系数和摩擦系数.并进行了考虑关节力矩饱和非线性的PD控制律设计,同时给出了稳定性证明.为消除动力学方程系数矩阵的时变性和刚度矩阵的奇异性,将动力学方程进行等价变换,从而利用精细积分方法进行数值仿真.仿真结果表明,抗饱和非线性PD控制律能够保证机械臂在负载变化范围内,满足位置控制的精度要求.     

空间机械臂关节运动的自适应模糊补偿控制

讨论了本体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基空间机械臂关节空间轨迹跟踪的控制问题。结合系统动量及动量矩守恒关系并利用拉格朗日方法,建立了漂浮基空间机械臂完全能控形式的系统动力学方程。以此为基础,针对空间机械臂末端爪手所持载荷参数未知的情况,设计了一种标称计算力矩控制器附加自适应模糊补偿控制器的复合控制方案;即通过自适应模糊补偿控制器来弥补系统未知参数对标称计算力矩控制器的影响,以确保存在未知系统参数情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性。提到的控制方案能够有效地克服系统未知参数的影响,控制漂浮基空间机械臂的两个关节稳定地跟踪关节空间的期望轨迹;并具有不需要测量和反馈空间机械臂本体的位置、移动速度、移动加速度以及姿态角速度、姿态角加速度的显著优点,同时也不要求系统动力学方程关于系统惯性参数呈线性函数关系。通过系统数值仿真证实了方法的有效性。     

笛卡尔空间机械手间接轮廓运动控制

针对笛卡尔空间机械手的轮廓运动控制问题,提出了一种具有双闭环结构的间接轮廓运动控制方法。外环为笛卡尔空间运动学控制策略,首先将期望轮廓的Frenet标架定义为任务坐标系,然后机械手运动学的误差动态方程被转换到该任务坐标系内,跟踪误差向量被解耦为切向误差向量和法向误差向量,设计外环控制器,分别配置切向误差和法向误差动态特性,为内环提供速度给定信号;而内环为关节空间的速度伺服环。数值仿真显示这种控制结构具有良好的性能。     

空间机械手模拟器系统设计与实验研究

空间机器人系统复杂,需要在地面进行充分的实验以验证和评估其设计方案和控制算法。为了对系统方案中各部件电气接口设计的有效性、信息传递的正确性进行检验,同时,演示验证信息管理、任务调度的实时性,以及在轨执行任务的能力,设计并研制了一套空间机械手模拟器系统。该系统由空间机械手中央控制器模拟器、关节电模拟器、手爪电模拟器、手眼相机电模拟器、图形仿真器、空间机械手动力学模块和信息调度仿真器组成,各部件之间的电气连接与星上实际系统一致。通过HLA/RTI(Run Time Infrastructure)仿真支撑环境与航天器姿轨控系统进行信息同步和交互,实现了空间机器人在轨任务的仿真。最后提出了一种空间机器人在轨协调控制方法,利用该系统进行了空间机器人协调控制圆弧实验,实验结果表明该系统设计合理、运行稳定,采用的协调控制方法可行有效。     

近地空间环境要素三维建模与可视化仿真研究

提出了近地空间环境要素三维建模的静态模型和实测模型。根据近地空间环境各要素的特点，首先利用各种静态模式和实测数据构建三维空间数据场。然后对数据场进行六面体单元剖分，其中对实测得到的空间数据利用雅克比矩阵转换为规则六面体数据。最终，分别给出了中性大气、电离层等离子体、地球基本磁场和地球辐射带的几何模型，提出了一种适合于近地空间环境要素仿真的通用三维可视化方案。     

基于VRML的多晶体晶粒三维形貌仿真及可视化研究

根据模拟微观组织的Rappaz连续形核模型和晶粒的细胞生长法,对多晶体凝固过程中晶粒组织进行了三维建模。采用面向对象的计算机仿真技术,完成了晶粒的三维形貌仿真;并将由VC 6.0中生成的仿真结果自动转换为VRML2.0的场景文件;在浏览器中实现了三维仿真结果可视化。在PC机上实验表明,所构建的仿真模型较好地模拟了多晶体的三维形貌;从而为多晶体材料微观组织的研究提供一种三维数字化模型。     

航天发射可视化仿真分析技术与应用研究

航天发射领域开展了大量的数字化设计验证、数字化合练与模拟训练、箭地联合仿真评估等数字化实验工作,都涉及航天发射信息可视化的问题。利用虚拟现实技术、系统仿真技术、数据可视化技术等,按照多线程、多模块架构设计思想,以及消息队列系统交互模式,构建了集数据管理、场景管理、计算管理和脚本管理功能于一体的航天发射可视化仿真分析技术平台,并开展了多星危险性、特种操作测发工艺、整流罩开孔和测试发射流程状态可视化仿真分析应用案例研究。     

基于树型空间的三维树木模型匹配

为解决三维树木模型的检索具有正确率低、检索效率低、描述不匹配等问题,提出一种基于树型空间的三维树木模型匹配方法。该方法通过构建三维树木模型数据集的树型空间,辅以主轴匹配,轮廓匹配,枝干匹配等方式,经过树型空间中欧氏距离和测地线度量差异值,逐步匹配到相应的三维树木模型,该方法分别在通用模型数据集和自我设计的模型数据集进行了匹配性实现,结果表明可以较大幅度提升树木模型匹配的准确率,利于三维树木模型的大规模检索和重用。     

基于STK的航天发射实时可视化系统研究与实现

首先分析了可视化系统所使用的各种关键技术,包括STK X技术、Connect模块以及各种建模资源的获取等。接着将系统按照功能进行了模块划分,并对各模块进行了详细阐述,设计实现了系统的软硬件。最后以某任务为实例,对系统进行了验证。结果表明该系统地形、影像和GIS数据真实,仿真度高,窗口视点展示灵活,数据表达精准,实时性强。